小半徑大橫縱坡T梁DJ180架橋機改制架設技術

李保明

(中鐵十二局集團第四工程有限公司 陜西西安 710024)

1 引言

由于匝道橋曲線半徑小，縱橫向坡比大，墩柱蓋梁呈扇形排列，橋面寬度較窄，施工條件復雜、難度極大，普通架橋機僅有3個柱能夠落在橋面上，另一個柱出現懸空現象，嚴重影響施工安全。處于匝道上大跨度、小曲線、大坡度的橋梁按常規設計和架設施工工藝是不可能完成的[1]，一般采用現澆箱梁方案[2]。本文介紹的互通匝道橋地處山區，位于喀斯特地貌區域，橋墩較高，地勢惡劣，現澆施工安全風險極高，設計采用T梁預制架設方案[3]。國內公開的架設技術有雙導梁斜拼正架法[4]，但需重新對架橋機進行特殊設計和復雜改造[5]，經濟適用性較差；若采用吊車吊裝方案，受既有公路和山谷高墩影響，安全風險大，施工成本極高[6]。本文介紹了一種采用DJ180架橋機局部改造進行T梁架設的簡易方法。

2 工程概況

某高速公路橋位處地貌屬構造剝蝕作用形成的侵蝕深切中山地貌，設雙T型樞紐互通與既有高速公路銜接，實現“高接高”交通轉換。該工程一匝道橋上跨既有高速公路，跨高速區段橋跨布置形式為(26.5＋39＋26.5)m連續梁，采用“先簡支、后連續”方案施工，簡支梁采用架橋機架設。橋位處曲線半徑120 m，線路縱坡3.7%，最大橫坡6%，墩高約70 m，處于小半徑曲線段，屬小半徑大橫縱坡坡架梁作業。

橋梁橫向布設5片T梁，橋面寬度10.5 m，依次架設后澆筑濕接縫形成整體。同一孔內T梁為平行布置，受小半徑曲線影響，上部結構T梁采用不等梁長的直梁預制方式[7]，主跨外邊梁長度40.8 m，內邊梁長度37.5 m，長度差3.3 m。

3 運架設備

3.1 架橋機架設存在的問題及其改造

匝道橋T梁單片自重約135 t，采用曲線適應能力較強的DJ180架橋機[8]，該架橋機適應最大跨度40 m，最大縱坡3%，最小曲線半徑350 m，結構示意見圖1。

圖1 架橋機結構示意

3.1.1 120 m小半徑曲線過孔架梁存在的問題

利用結構計算軟件對過孔及架梁過程各個工況架橋機與橋墩、梁面的相對位置關系進行模擬，存在以下問題:

(1)由于小曲線影響，蓋梁呈扇形排列且角度大，架橋機過孔時前方蓋梁與后端蓋梁相比水平旋轉了18.8°，架橋機0號柱無法正常支撐在蓋梁前端；喂梁過程中待架設T梁與架橋機2號柱夾角較大，無法通過2號柱內部空間；3號柱與待架設梁體存在空間干擾，無法完成運梁車喂梁作業。

(2)每孔梁片呈折線布置，架橋機橫移對位梁片時架橋機主梁與柱體軌道夾角會產生較大變化，造成1號柱傾斜，無法安全橫移就位。

(3)邊梁一次落梁就位工況架橋機重心已偏出支撐梁支點外，架橋機有傾覆風險。

(4)架設方向為3.7%大上坡，超出架橋機適應坡度。

3.1.2 架橋機改造

針對上述問題，需對架橋機結構進行局部改造，方可完成小半徑大縱橫坡匝道橋架設。

(1)0號柱在原來升降和前后翻轉功能的基礎上增加水平旋轉功能，0號柱旋轉18.8°后可以與蓋梁平行，保證安全支撐在蓋梁前端，適應小曲線工況。

(2)將1號柱由原高度3.4 m節切割為2.8 m＋0.65 m，增加0.5 m加高節，增大1號柱縱坡調節能力，滿足大縱坡＋高低蓋梁的過孔通過性要求。

(3)將2號柱喂梁空間由原來的3 m加寬到4 m，同時將主梁橫向行程加大，滿足小曲線喂梁2號柱通過性要求。

(4)3號柱在原來具備升降、橫移功能的基礎上增加翻轉功能，在喂梁時將3號柱向后翻轉為水平狀態避免與待架設梁體干涉，3號柱翻轉結構見圖2。

圖2 3號柱水平翻轉示意

(5)為1、2號柱增加獨立驅動裝置，使架橋機在重載吊梁工況下可調整1號柱垂直度，解決橫移就位時1號柱傾斜問題。

(6)定制2號柱加強型橫移軌道，增大軌道剛度；在軌道上增加梁面錨固裝置，邊梁架設工況，將曲線內側軌道與梁面采用精軋螺紋鋼有效錨固，防止架橋機傾覆[9]，解決了小曲線邊梁一次落梁就位問題。加強軌道及錨固系統見圖3。

圖3 加強軌道及錨固系統

改造后的架橋機滿足最小曲線半徑80 m、跨度40 m、縱坡5%情況下梁片一次落梁到位。具有結構簡單、重量輕、安全可靠、一機多用、自動化程度高、運輸方便、自由度高、曲線和坡度適應能力強的特點，整機功能見圖4。

圖4 整機功能示意

3.2 運梁車小曲線運梁

3.2.1 運梁車概況

本工程采用輪胎運梁車[10]，橫坡適應能力2%，最大轉向角13°，無法滿足6%大橫坡安全運梁要求。

3.2.2 大橫坡運梁適應性調整

采取運梁線路墊沙找平的方法，將運梁通道橫坡調整到2%以內，解決大橫坡運梁難題，見圖5。

圖5 墊沙調整運梁橫坡

3.2.3 小半徑運梁通過性模擬實驗

通過小曲線通過性模擬，運輸跨度40 m梁在40 m跨度120 m半徑曲線上運行，運梁車托盤最大旋轉角度為10.25°，滿足小曲線運梁轉向要求。

4 架橋機過孔架梁關鍵技術

因本橋主跨跨度大，小半徑曲線對架橋機過孔架梁的影響更為明顯，且上跨既有運營公路，安全風險更高[11]，下面以主跨架設為例進行運架梁關鍵技術介紹。

4.1 架橋機變跨過孔關鍵技術

(1)主梁水平旋轉，保證0號柱支撐在蓋梁前端

當架橋機過孔中主梁前移懸臂40 m時，受小曲線影響，0號柱與2號蓋梁中部水平距離為12.7 m(見圖6)，旋轉主梁，滿足0號柱支撐在蓋梁中部。

圖6 小曲線主梁過孔到位狀態(單位:m)

為提高架橋機過孔懸臂平衡狀態的安全系數，將前后天車行駛到架橋機尾部配重。操作如下:1號柱向右、2號柱向左交替橫移；旋轉主梁，使0號柱到達2號墩蓋梁中間位置。在0號柱到達蓋梁前旋轉主梁，提高主梁旋轉時前后平衡系數；觀察并調整1號柱垂直度，保證旋轉過程中各柱穩定。

(2)1號柱水平旋轉技術

受小曲線橋墩水平方向扇形布置影響，架橋過孔過程中1號柱過孔后軌道要支撐在前方蓋梁，柱體需水平旋轉18.8°，在曲梁和1號柱上橫梁安裝小型旋轉油缸，完成1號柱及軌道的精準旋轉。

(3)2號柱二次前移減少架橋機懸臂量

為減少外邊梁就位時架橋機向外側橫移量，過孔作業中將2號柱進行二次前移。即在常規過孔完成后將2號柱二次前移到已架梁端支撐，減少架橋機向外側橫移量，提高整機安全系數。操作如下:架橋機正常過孔完成；收起3號柱，1、2號柱驅動主梁前移，直到3號柱到達2號柱尾部；支撐3號柱并前后拉錨固定，收2號柱前移到前軌道中心距離梁端500 mm處，支撐2號柱；1、2號柱曲梁驅動主梁向后移動約14 m，鎖定2號柱與曲梁銷軸。

4.2 架橋機小曲線架梁關鍵技術

(1)小曲線喂梁技術

120 m小曲線工況下運梁車運輸40 m梁喂梁時，運輸梁片與架橋機主梁形成較大夾角，3號柱與運梁車干涉，無法順利喂梁。為解決喂梁問題，采取以下措施:

①通過1號柱、2號柱橫向反向移動，旋轉架橋機主梁，盡量減少架橋機主梁與待架設T梁的夾角，減少喂梁難度。

②將架橋機3號柱改造為可向后翻轉，使3號柱與主梁平行，為運梁車讓出空間，滿足喂梁通過條件。此時前行車懸臂吊梁，后行車在運梁車與前行車同步喂梁通過3號柱后，向下翻轉并支撐3號柱滿足吊梁。

(2)曲線外邊梁架設一次橫移就位技術

120 m小曲線外邊梁架設要滿足架橋機一次橫移就位，架橋機重心已超出已架設邊梁支點中心，架橋機會發生傾覆事故。采用以下措施:

①設計加強型軌道

架橋機原設計軌道滿足2號柱輪組到支點懸臂最大量1 m，小曲線架梁工況2號柱輪組到支點懸臂量達到1.8 m，軌道強度無法滿足要求。重新設計加強型軌道替換原軌道，解決架橋機邊梁懸臂時軌道剛度不足問題。

②2號柱軌道與梁體錨固

在梁體預制過程中預埋精軋螺紋鋼，邊梁架設前用螺紋鋼將架橋機加強型軌道與已架設梁體錨固，此時架橋機可以將曲線外側邊梁一次橫移就位，不會發生架橋機傾覆事故。

③手拉葫蘆錨固

喂梁完成后，2號柱橫移油缸移動主梁到曲線內側，架橋機整機橫移到曲線外側輪組距離外邊梁支點中心1.8 m位置，將2號柱與已架設4～3號墩內側梁片采用2個10 t手拉葫蘆錨固為整體，增加安全性，將軌道錨固后架橋機橫移油缸推動主梁及待架設T梁橫移就位。

曲線外側邊梁就位時2號柱狀態見圖7。

圖7 邊梁就位2號柱示意

采取以上措施可安全實現120 m曲線邊梁架設一次就位。架橋機架設完成曲線外側邊梁架橋機狀態見圖8。

圖8 邊梁就位狀態俯視圖

5 結語

結合喀斯特地貌條件下高橋墩、大跨度、小半徑、大橫坡、大縱坡、橋面窄、變跨工況匝道橋上跨既有高速公路T梁建造工況，在不具備吊車吊裝和現澆作業的條件下，研究了采用DJ180架橋機設備改造(包括:0號柱增加水平旋轉功能、1號柱增加調整節、2號柱加寬、3號柱增加翻轉功能、曲梁增加獨立驅動系統等)、設計架橋機加強型軌道與梁面錨固、對架橋機過孔工藝優化、對架橋機架梁采用多項技術措施等，克服了多個不利因素的復雜架梁工況，于2022年5月安全、順利完成匝道互通工程建造任務。

改制的DJ180架橋機具有整機占用寬度窄、改造簡單、自由度高、工藝簡潔、安全可靠、投入少的特點，可架設最小曲線半徑80 m工況下跨度40 m T梁及最小曲線半徑60 m工況下跨度30 m T梁，突破了現有架梁技術的極限，實現了低成本安全高效的匝道梁架設，為后續高橋墩小半徑大坡度匝道橋的設計和建造技術提供了借鑒和參考。